Beta dağılımı

Olasılık kuramı ve istatistikte, beta dağılımı, [0,1] aralığında iki tane pozitif şekil parametresi (tipik olarak α ve β) ile ifade edilmiş bir sürekli olasılık dağılımları ailesidir. Çok değişkenli genellemesi Dirichlet dağılımıdır.

Tipik karakteristikler
Olasılık yoğunluk fonksiyonu
0 ≤ x ≤ 1 aralığında ve α, β > 0 şekil parametreleri için beta dağılımının olasılık yoğunluk fonksiyonu, x değişkeni ve (1-x) yansımasının bir kuvvet fonksiyonudur ve şöyle ifade edilir:

Burada bir gama fonksiyonudur. beta fonksiyonu
toplam olasılık integralinin daima bire eşit olmasını sağlamak için gerekli normalleştirme sabitidir.

Yığmalı dağılım fonksiyonu
Yığmalı dağılım fonksiyonu şudur:

Burada bir tamamlanmamış beta fonksiyonu ve , düzenlenmiş beta fonksiyonu olurlar.

Özellikler
Momentler
Bir α ve β parametreli beta dağılımlı rassal değişken olan X için beklenen değer ve varyans formülleri şöyle verilir:

Çarpıklık şöyle ifade edilir:

Fazladan basıklık şudur:

Enformasyon miktarları
İki beta dağılımı gösteren rassal değişken X ~ Beta(α, β) ve Y ~ Beta(α', β') olsun. X için enformasyon entropisi değeri şudur:

Burada bir digamma fonksiyonu olur.

Çapraz entropi şudur:

Bundan çıkarılır ki bu iki beta dağılımı arasındaki Kullback-Leibler ayrılması şöyledir:

Şekiller
Beta olasılık yoğunluk fonksiyonu iki parametrenin aldığı değişik değere göre değişik şekiller gösterir.

U-şekilli (kırmızı çizgi)
veya kesinlikle düşüş gösterir (mavi çizgi)
kesinlikle konveks
bir doğrudur
kesinlikle konkav
tekdüze dağılım
veya kesinlikle artış gösterir (yeşil çizgi)
kesinlikle konvekstir
bir doğrudur
kesinlikle konkavdır
tek modludur (mor ve siyah çizgiler)

Bunların yanında, eğer ise yoğunluk fonksiyonu 1/2 etrafında simetriktir (kırmızı ve mor çizgiler).

Parametre kestirimi
İlişkili dağılımlar
Binom dağılımı ile ilişki aşağıda belirtilmiştir.
Beta(1,1) standart bir sürekli tekdüze dağılım ile aynıdır.
Eğer X ve Y rassal değişkenleri birbirinden bağımsız olarak Gamma dağılımı gösteriyorlarsa yani X Gamma(α, θ) ve Y Gamma(β, θ) ise, o zaman

X / (X + Y)

ifadesinin dağılımı Beta(α,β) olur.

Eğer X ve Y rassal değişkenleri birbirinden bağımsız olarak biri Beta dağılımı ve diğeri 2β ve 2α serbestlik dereceleri ile Snedor'un F-dağılımı gösteriyorlarsa, yani X Beta (α,β) ve Y 'F(2β,2α) ise; o halde
Pr(X ≤ α/(α+xβ)) = Pr(Y > x) butun x > 0 için.

Beta dağılımı sadece iki parametresi olan bir Dirichlet dağılımının özel halidir.
Kumaraswamy dağılımı beta dağılımına benzerlik gösterir.
Eğer ifadesi bir tekdüze dağılım gösteriyorsa, o halde

veya Beta dağılımının özel bir hali olan 4 parametreli güç-fonksiyonu dağılımı için

olur.

Subjektif mantık konusunda ele alınan binom kanıları matematiksel olarak Beta dağılımı ile aynıdırlar.

Uygulamalar
B(i, j) tam sayı değerli i ve j için, 0 ve 1 aralığında tekdüze dağılım gösteren i+j-1 sayıda bağımsız rassal değişkenden oluşan bir örneklem içindeki sayıların (en küçükten en büyüğe doğru) sıralanması sonucu elde edilen sıralama içinde (i-1)inci sırada olan değerin dağılımını gösterir. Bu halde 0 ve x aralığı içinde yığmalı olasılık (i)inci en küçük değerin x'ten daha küçük olmasının olasılığını gösterir. Diğer bir şekilde ifade ile, bu yığmalı olasılık ortada bulunan rassal değişkenlerden en aşağı i tanesinin x'ten daha küçük değer göstermesi olayının olasılığıdır. Bu olasılık p parametreli bir binom dağılımının x'e toplanması ile elde edilir. Bu beta dağılımı ile binom dağılımı arasındaki yakın ilişkiyi açıkça gösterir.

Beta dağılımları Bayes tipi istatistik içinde çok geniş uygulama göstermektedir. Beta dağılımları (Bernoulli dahil) binom ve geometrik dağılımlar için bir sıra eşlenik-önseller
sağlamaktadır. Beta(0,0) dağılımı uygunsuz önsel olduğu için birçok kere parametre değerlerinin bilinmezliğini temsil için kullanılmaktadır.

Beta dağılımı, özellikte endüstriyel mühendislik ve yöneylem araştırması bilim alanlarında, belirli bir minimum değer ile belirli bir maksimum değer aralığı içinde sınırlanmış olayların ortaya çıkması şeklindeki pratik sorunların modellenmesi için kullanılır. Özellikle CPM tipi proje idaresi ve kontrolü kuramında, beta dağılımı ve üçgensel dağılım ile birlikte özellikle olasılık gösteren aktivite uzunluklarının tahmini için kullanılmaktadır. Proje idare ve kontrolü için çok kere kısa olarak yapılan hesaplarda, belli bir aktivite uzunluğu için Beta dağılımlarının ortalama ve varyans değerleri şu şekilde kullanılır:

Burada a minimum değer, c maksimum değer ve b en mümkün olabilir değerdir.

Kaynakça
Dış bağlantılar
Beta dağılımı - MathWorld.
"Beta dağılımları" - Fiona Maclachlan, Wolfram Gösteri Projesi, 2007.
Beta dağılımı - Genel görüş ve bir örnek - xycoon.com
.asp Beta dağılımı, brighton-webs.co.uk